El equipo de la Universidad Aalto, IQM Quantum Computers y el Centro de Investigación Técnica VTT logró las primeras puertas lógicas cuánticas con unimones con una fidelidad del 99,9 %, un hito importante en la búsqueda de construir computadoras cuánticas comercialmente útiles. Esta investigación acaba de publicarse en la revista Nature Communications.
De todos los diferentes enfoques para construir computadoras cuánticas útiles, los qubits superconductores están a la cabeza. Sin embargo, los diseños y técnicas de qubit que se utilizan actualmente aún no ofrecen un rendimiento lo suficientemente alto para aplicaciones prácticas.
En esta fase cuántica de escala intermedia (NISQ), la complejidad de los cálculos cuánticos implementables está limitada principalmente por errores en las puertas cuánticas de uno y dos qubits. Los cálculos cuánticos deben volverse más precisos para ser útiles.
«Nuestro objetivo es construir computadoras cuánticas que brinden una ventaja en la resolución de problemas del mundo real. Nuestro anuncio de hoy es un hito importante para IQM y un logro significativo para construir mejores computadoras cuánticas superconductoras», dijo en un comunicado el profesor Mikko Möttönen, profesor adjunto de Quantum Technology en la Universidad de Aalto y VTT, y también cofundador y científico jefe de IQM Quantum Computers, quien dirigió la investigación.
Hoy, Aalto, IQM y VTT han presentado un nuevo tipo de qubit superconductor, el unimon, que reúne en un solo circuito las propiedades deseadas de anarmonía aumentada, insensibilidad total al ruido de carga de CC, sensibilidad reducida al ruido magnético y una estructura simple que consta de sólo de una única unión Josephson en un resonador. El equipo logró fidelidades del 99,8 % al 99,9 % para puertas de qubit único de 13 nanosegundos de duración en tres qubits unimon diferentes.
«Debido a la mayor anarmonía, o no linealidad, que en los transmones, podemos operar los unimones más rápido, lo que genera menos errores por operación», dijo Eric Hyyppä, quien está trabajando en su doctorado en IQM.
Para demostrar experimentalmente el unimon, los científicos diseñaron y fabricaron chips, cada uno de los cuales constaba de tres qubits unimon. Utilizaron niobio como material superconductor aparte de las uniones de Josephson, en las que los cables superconductores se fabricaron con aluminio.
El equipo midió que el qubit unimon tenía una anarmonicidad relativamente alta y solo requería una sola unión Josephson sin superconductores y con protección contra el ruido. La inductancia geométrica del unimon tiene el potencial de una mayor previsibilidad y rendimiento que los superconductores basados en matrices de uniones en qubits de fluxonio o cuartón convencionales.
«Los uniones son muy simples y, sin embargo, tienen muchas ventajas sobre los transmones. El hecho de que el primer unimon que se fabricó funcionara tan bien da mucho espacio para la optimización y los grandes avances. Como próximos pasos, debemos optimizar el diseño para una protección contra el ruido aún mayor y demostrar puertas de dos qubits», agregó el profesor Möttönen.
«Nuestro objetivo es lograr más mejoras en el diseño, los materiales y el tiempo de puerta del unimon para romper el objetivo de fidelidad del 99,99 % para obtener una ventaja cuántica útil con sistemas ruidosos y una corrección de errores cuántica eficiente. Este es un día muy emocionante para la computación cuántica», concluyó el profesor Möttönen.
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